Fiala vystudoval obor český jazyk a literatura a dějepis na Univerzitě Jana Evangelisty Purkyně v Brně (dnešní Masarykova univerzita). Krátce pracoval jako redaktor deníku Lidová demokracie a nakladatelství Atlantis. V roce 1996 se stal docentem, v roce 2002 profesorem politologie. Publikoval 14 knižních monografií a více než 200 odborných prací. V letech 2004-2011 byl rektorem Masarykovy univerzity. Na Nottingham Trent University získal titul LL.M. (anglosaská obdoba magistra práv) v oboru Korporátní právo.
Do vysoké politiky vstoupil v roce 2012, když přijal nabídku premiéra Petra Nečase na funkci ministra školství. Nahradil Josefa Dobeše, který musel odstoupit v důsledku dlouhodobé kritiky svých reformních pokusů v tomto resortu.
V době svého jmenování již Petr Fiala působil jako Nečasův hlavní vědecký poradce. Premiér tuto funkci zřídil v září roku 2011. Také byl místopředsedou vládní Rady pro výzkum, vývoj a inovace. Fialovo působení na ministerstvu školství skončilo spolu s demisí premiéra Nečase v červenci 2013.
V předčasných volbách do Poslanecké sněmovny v říjnu 2013 byl Fiala lídrem kandidátky ODS v Jihomoravském kraji. Zde ODS obdržela 7,01 procenta hlasů a získala dva mandáty. Jeden připadl Petru Fialovi, druhý Pavlu Blažkovi. V listopadu 2013 vstoupil do Občanské demokratické strany a v lednu 2014 se stal jejím předsedou. Post poté opakovaně obhájil.
Fiala mandát poslance získal znovu ve volbách v letech 2017 a 2021. Ve volbách do sněmovny v roce 2021 byl Fiala celostátním lídrem koalice Spolu (tvořily ji ODS, KDU-ČSL a TOP 09). Po vítězství koalice ve volbách byl v listopadu 2021 jmenován premiérem, 17. prosince 2021 prezident Miloš Zeman jmenoval jeho vládu. V ní kromě tří stran koalice Spolu zasedli také zástupci Pirátů a hnutí STAN.
